JP2012202294A - Internal combustion engine with variable compression ratio mechanism - Google Patents

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高志 河崎
Yukihiro Nakasaka
幸博 中坂
Junichi Mori
純一 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine with a variable compression ratio mechanism moving a cylinder block relative to a crank case, which is mounted on a front engine-front drive vehicle and moves a cylinder block toward a crank case separation side from a variable compression ratio mechanism to reduce a mechanical compression ratio, and prevents a gripping force of the drive wheel from being significantly reduced when the cylinder block moves toward the crank case separation side to stop at the terminal stage of vehicle acceleration.SOLUTION: In a terminal stage (t1) of the vehicle acceleration, the movement of the cylinder block to a crankcase separation side is stopped (t3) after making the moving speed of a cylinder block lower than in the middle stage of the vehicle acceleration (from a dotted line to a solid line).

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備える内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism.

シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関が公知である。このような内燃機関がフロントエンジン・フロントドライブ車(FF車)に搭載されることがある(特許文献1参照)。   An internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that moves a cylinder block relative to a crankcase is known. Such an internal combustion engine may be mounted on a front engine / front drive vehicle (FF vehicle) (see Patent Document 1).

一般的に、内燃機関は機関負荷が低いほど熱効率が悪くなるために、可変圧縮比機構を備える内燃機関においては、機関負荷が低いほど膨張比を高くして理論熱効率を高めることが好ましい。それにより、可変圧縮比機構により機関負荷が低いほどシリンダブロックをクランクケース接近側へ移動させて機械圧縮比を高くしている。   In general, since the internal combustion engine has a lower thermal efficiency as the engine load is lower, in an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, it is preferable to increase the theoretical thermal efficiency by increasing the expansion ratio as the engine load is lower. Accordingly, the mechanical compression ratio is increased by moving the cylinder block toward the crankcase approach side as the engine load is lower by the variable compression ratio mechanism.

一方、車両加速時には、機関負荷が高くなるために、可変圧縮比機構によりシリンダブロックをクランクケース離間側へ移動させて機械圧縮比を低下させることとなる。   On the other hand, when the vehicle is accelerated, the engine load becomes high, so the variable compression ratio mechanism moves the cylinder block to the crankcase separation side to lower the mechanical compression ratio.

WO2005/110792WO2005 / 110792 特開2007−239592JP2007-239592 特開2008−082198JP2008-082198

車両において、加速中には、リア荷重が徐々に増加すると共にフロント荷重が徐々に減少する傾向がある。FF車において、このようなフロント荷重減少傾向に、車両加速時の可変圧縮比機構の制御が加わると、車両加速初期では、シリンダブロックのクランクケース離間側への移動開始時において車両にマウントされたクランクケースにフロント荷重を増加させる方向の比較的大きな反力が作用して駆動輪のグリップ力を増大させる。   In a vehicle, during acceleration, there is a tendency that the rear load gradually increases and the front load gradually decreases. In the FF vehicle, when the control of the variable compression ratio mechanism at the time of vehicle acceleration is added to such a tendency to reduce the front load, the vehicle is mounted on the vehicle at the beginning of the vehicle acceleration at the start of movement of the cylinder block to the crankcase separation side. A relatively large reaction force in the direction of increasing the front load acts on the crankcase to increase the grip force of the drive wheels.

しかしながら、車両加速末期では、シリンダブロックのクランクケース離間側への移動停止時において逆に車両にマウントされたクランクケースにフロント荷重を減少させる方向の比較的大きな反力が作用するために、フロント荷重抜けが発生して駆動輪のグリップ力を大幅に減少させてしまう。   However, at the end of vehicle acceleration, when the cylinder block stops moving toward the crankcase separation side, a relatively large reaction force acts in the direction of decreasing the front load on the crankcase mounted on the vehicle. Omission occurs and the grip force of the drive wheel is greatly reduced.

従って、本発明の目的は、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、フロントエンジン・フロントドライブ車に搭載され、車両加速時には可変圧縮比機構よりシリンダブロックをクランクケース離間側へ移動させて機械圧縮比を低くする内燃機関において、車両加速末期におけるシリンダブロックのクランクケース離間側への移動停止時に、駆動輪のグリップ力が大幅に減少することを抑制することである。   Accordingly, an object of the present invention is an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism that moves a cylinder block relative to a crankcase, and is mounted on a front engine / front drive vehicle. In an internal combustion engine that moves the block to the crankcase separation side and lowers the mechanical compression ratio, when the movement of the cylinder block to the crankcase separation side stops at the end of vehicle acceleration, the grip force of the drive wheels is prevented from significantly decreasing It is to be.

本発明による請求項1に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関は、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、フロントエンジン・フロントドライブ車に搭載され、車両加速時には可変圧縮比機構よりシリンダブロックをクランクケース離間側へ移動させて機械圧縮比を低くする内燃機関において、車両加速末期には、車両加速中期より前記シリンダブロックの移動速度を低下させてから前記シリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止することを特徴とする。   An internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism according to claim 1 of the present invention is an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism for moving a cylinder block relative to a crankcase, and is mounted on a front engine / front drive vehicle. In an internal combustion engine that lowers the mechanical compression ratio by moving the cylinder block to the crankcase separation side from the variable compression ratio mechanism during vehicle acceleration, at the end of vehicle acceleration, the moving speed of the cylinder block is decreased from the middle of vehicle acceleration. Then, the movement of the cylinder block toward the crankcase separation side is stopped.

シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、フロントエンジン・フロントドライブ車に搭載され、車両加速時には可変圧縮比機構よりシリンダブロックをクランクケースからの離間側に移動させて機械圧縮比を低くする内燃機関においては、車両加速末期に、車両加速中期のシリンダブロックの移動速度を維持して又は移動速度を増加させてから、シリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止させると、車両にマウントされたクランクケースにフロント荷重を減少させる方向の比較的大きな反力が作用するために、フロント荷重抜けが発生して駆動輪のグリップ力を大幅に減少させてしまう。これに対して、本発明による請求項1に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関によれば、車両加速末期には、車両加速中期よりシリンダブロックの移動速度を低下させてからシリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止するようになっており、それにより、車両にマウントされたクランクケースに作用するフロント荷重を減少させる方向の反力を小さくすることができ、フロント荷重抜けが発生して駆動輪のグリップ力が大幅に減少することを抑制することができる。   An internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that moves a cylinder block relative to a crankcase, and is mounted on a front engine / front drive vehicle. When the vehicle is accelerated, the cylinder block is separated from the crankcase by the variable compression ratio mechanism. In an internal combustion engine in which the mechanical compression ratio is lowered by moving the cylinder block to the crankcase separation side of the cylinder block after maintaining or increasing the movement speed of the cylinder block in the middle stage of vehicle acceleration at the end of vehicle acceleration. When the movement of the vehicle is stopped, a relatively large reaction force in the direction of reducing the front load acts on the crankcase mounted on the vehicle, causing a front load drop and greatly reducing the grip force of the drive wheels. End up. On the other hand, according to the internal combustion engine having the variable compression ratio mechanism according to claim 1 of the present invention, at the end of the vehicle acceleration, the moving speed of the cylinder block is reduced from the middle of the vehicle acceleration and then the crank of the cylinder block is reduced. The movement toward the case separation side is stopped, so that the reaction force in the direction of reducing the front load acting on the crankcase mounted on the vehicle can be reduced, and the front load dropout occurs. Thus, it is possible to suppress the grip force of the driving wheel from being greatly reduced.

内燃機関の全体図である。1 is an overall view of an internal combustion engine. 可変圧縮比機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a variable compression ratio mechanism. 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。1 is a schematic side sectional view of an internal combustion engine. 可変バルブタイミング機構を示す図である。It is a figure which shows a variable valve timing mechanism. 吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an intake valve and an exhaust valve. 機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mechanical compression ratio, an actual compression ratio, and an expansion ratio. 理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between theoretical thermal efficiency and an expansion ratio. 通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a normal cycle and a super-high expansion ratio cycle. 機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。It is a figure which shows changes, such as a mechanical compression ratio according to an engine load. フロント荷重を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a front load. 車両加速時のシリンダブロックの移動量ΔDの変化とシリンダブロックの移動に伴うフロント荷重の増減量ΔFの変化とを示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of movement amount (DELTA) D of the cylinder block at the time of vehicle acceleration, and the change of increase / decrease amount (DELTA) F of the front load accompanying the movement of a cylinder block.

図1は本発明による可変圧縮比機構を備える内燃機関の側面断面図を示す。図1を参照すると、1はクランクケース、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火栓、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、各吸気枝管11には夫々対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに各燃焼室5内に配置してもよい。   FIG. 1 is a side sectional view of an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism according to the present invention. Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5, and 7 is intake air. 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11, and a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8 is arranged in each intake branch pipe 11. The fuel injection valve 13 may be arranged in each combustion chamber 5 instead of being attached to each intake branch pipe 11.

サージタンク12は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置20に連結され、排気マニホルド19内には空燃比センサ21が配置される。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 and an intake air amount detector 18 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalyst device 20 containing, for example, a three-way catalyst via an exhaust manifold 19, and an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19.

一方、図1に示される実施例ではクランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。なお、図1に示される実施例ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Bは吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is positioned at the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axial direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. There is provided a variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 at the time, and further an actual compression action start timing changing mechanism B capable of changing the actual start time of the compression action. In the embodiment shown in FIG. 1, the actual compression action start timing changing mechanism B is composed of a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve 7.

図1に示されるようにクランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられており、この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。   As shown in FIG. 1, a relative position sensor 22 for detecting a relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. An output signal indicating a change in the interval between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is output. The variable valve timing mechanism B is provided with a valve timing sensor 23 for generating an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7, and an output signal indicating the throttle valve opening is provided to the actuator 16 for driving the throttle valve. A throttle opening sensor 24 is attached.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。吸入空気量検出器18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用アクチュエータ16、可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bに接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. Output signals of the intake air amount detector 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the throttle valve driving actuator 16, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through corresponding drive circuits 38.

図2は図1に示す可変圧縮比機構Aの分解斜視図を示しており、図3は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されており、各突出部50内には夫々断面円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔てて夫々対応する突出部50の間に嵌合せしめられる複数個の突出部52が形成されており、これらの各突出部52内にも夫々断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown. Referring to FIG. 2, a plurality of protrusions 50 spaced from each other are formed below both side walls of the cylinder block 2, and cam insertion holes 51 each having a circular cross section are formed in each protrusion 50. Has been. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 spaced apart from each other. Cam insertion holes 53 each having a circular cross section are formed.

図2に示されるように一対のカムシャフト54,55が設けられており、各カムシャフト54,55上には一つおきに各カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54,55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には図3に示すように各カムシャフト54,55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びており、この偏心軸57上に別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるようにこれら円形カム56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、図2に示されるようにカムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。   As shown in FIG. 2, a pair of camshafts 54 and 55 are provided, and on each camshaft 54 and 55, a circular cam 58 is rotatably inserted into each cam insertion hole 53. It is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, on both sides of each circular cam 58, as shown in FIG. 3, an eccentric shaft 57 eccentrically arranged with respect to the rotation axis of each camshaft 54, 55 extends. 56 is mounted eccentrically and rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. As shown in FIG. 2, a cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal representing the rotation angle of the camshaft 55 is attached to the camshaft 55.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54,55上に固定された円形カム58を図3(A)において矢印で示される如く互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図3(B)に示されるように偏心軸57の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印で示される方向に回転させると図3(C)に示されるように偏心軸57は最も低い位置となる。   When the circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as indicated by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. 3A, the eccentric shafts 57 are separated from each other. In order to move in the direction, the circular cam 56 rotates in the opposite direction to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51, and as shown in FIG. 3B, the position of the eccentric shaft 57 is changed from the high position to the intermediate height position. It becomes. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)には夫々の状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。   3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)とを比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離間側に移動する。即ち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大し、従って各カムシャフト54,55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。   3A to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. As the distance between the center a of 58 and the center c of the circular cam 56 increases, the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is positioned at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示されるように各カムシャフト54,55を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸には夫々螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61,62が取付けられており、これらウォーム61,62と噛合するウォームホイール63,64が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。   As shown in FIG. 2, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 that mesh with the worms 61 and 62 are fixed to the ends of the camshafts 54 and 55, respectively. In this embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range.

一方、図4は図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。図4を参照すると、この可変バルブタイミング機構Bは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数個の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを具備しており、各ベーン75の両側には夫々進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   On the other hand, FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. Referring to FIG. 4, the variable valve timing mechanism B includes a timing pulley 71 that is rotated in the direction of an arrow by a crankshaft of an engine via a timing belt, a cylindrical housing 72 that rotates together with the timing pulley 71, an intake valve A rotating shaft 73 that rotates together with the driving camshaft 70 and is rotatable relative to the cylindrical housing 72, and a plurality of partition walls 74 that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73. And a vane 75 extending from the outer peripheral surface of the rotating shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 between the partition walls 74, and an advance hydraulic chamber 76 on each side of each vane 75. A retarding hydraulic chamber 77 is formed.

各油圧室76,77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76,77に夫々連結された油圧ポート79,80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83,84と、各ポート79,80,82,83,84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 for controlling communication between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは図4においてスプール弁85が右方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印方向に相対回転せしめられる。   When the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be advanced, the spool valve 85 is moved to the right in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is advanced via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 77 is discharged from the drain port 84 while being supplied to the hydraulic chamber 76. At this time, the rotary shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction of the arrow.

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは図4においてスプール弁85が左方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。   On the other hand, when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be retarded, the spool valve 85 is moved to the left in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 causes the hydraulic port 80 to move. The hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83 while being supplied to the retard hydraulic chamber 77. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転せしめられているときにスプール弁85が図4に示される中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72, the relative rotation operation of the rotation shaft 73 is stopped, and the rotation shaft 73 is The relative rotation position at that time is held. Therefore, the variable valve timing mechanism B can advance and retard the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、従って吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。   In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 is advanced the most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 being the most advanced. It shows when it is retarded. Therefore, the valve opening period of the intake valve 7 can be arbitrarily set between the range indicated by the solid line and the range indicated by the broken line in FIG. 5, and therefore the closing timing of the intake valve 7 is also the range indicated by the arrow C in FIG. Any crank angle can be set.

図1および図4に示される可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。   The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.

次に図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6の(A),(B),(C)には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、これら図6の(A),(B),(C)において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. 6 (A), (B), and (C) show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示される例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。即ち、図6(B)に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図6(B)に示される例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression operation is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is performed from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as described above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示される例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7および図8を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the super expansion ratio cycle used in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6の(A),(B),(C)に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。即ち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, similarly to the example shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、即ち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、即ち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, it is only necessary to increase the actual compression ratio. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見い出されたのである。即ち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency. Was found to have little effect. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. Thus, the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while the actual compression ratio ε is maintained at a low value, and the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio is increased with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can be greatly increased. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示される場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11, as described above. Compared with this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.

一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即ち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、従ってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。従って本発明では機関負荷が比較的低いときには図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the high engine load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

次に図9を参照しつつ運転制御全般について概略的に説明する。図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比およびスロットル弁17の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒装置20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC,COおよびNOXを同時に低減しうるように燃焼室5内における平均空燃比が空燃比センサ21の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている場合を示している。 Next, the overall operation control will be schematically described with reference to FIG. FIG. 9 shows changes in the intake air amount, the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 according to the engine load at a certain engine speed. . 9 shows that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the output signal of the air-fuel ratio sensor 21 so that unburned HC, CO and NO x in the exhaust gas can be simultaneously reduced by the three-way catalyst in the catalyst device 20. This shows a case where feedback control is performed to the stoichiometric air-fuel ratio based on the above.

さて、前述したように機関高負荷運転時には図8(A)に示される通常のサイクルが実行される。従って図9に示されるようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図9において実線で示されるように吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁17の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。   As described above, the normal cycle shown in FIG. 8 (A) is executed during engine high load operation. Accordingly, as shown in FIG. 9, the expansion ratio is low because the mechanical compression ratio is lowered at this time, and the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. ing. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open, so that the pumping loss is zero.

一方、図9において実線で示されるように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁7の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図9に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、従って機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁17は全開状態に保持されており、従って燃焼室5内に供給される吸入空気量はスロットル弁17によらずに吸気弁7の閉弁時期を変えることによって制御されている。   On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 9, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, as shown in FIG. 9, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and therefore the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 regardless of the throttle valve 17. Has been.

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。即ち、吸入空気量の減少に比例してピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が減少せしめられる。従ってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図9に示される例では燃焼室5内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は燃料量に比例して変化していることになる。   As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is decreased in proportion to the decrease in the intake air amount. Therefore, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the intake air amount. At this time, in the example shown in FIG. 9, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, so the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is proportional to the fuel amount. Will change.

機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷L1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室5の構造上限界となる限界機械圧縮比(上限機械圧縮比)に達する。機械圧縮比が限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持される。従って低負荷側の機関中負荷運転時および機関低負荷運転時には即ち、機関低負荷運転側では機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。   When the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio is further increased, and when the engine load is lowered to the medium load L1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio becomes a limit mechanical compression ratio (upper limit mechanical compression) that becomes the structural limit of the combustion chamber 5 Ratio). When the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is held at the limit mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. Accordingly, the mechanical compression ratio is maximized and the expansion ratio is maximized at the time of low engine load operation and low engine load operation, that is, at the engine low load operation side. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained on the engine low load operation side.

一方、図9に示される実施例では機関負荷がL1まで低下すると吸気弁7の閉弁時期が燃焼室5内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to L1, the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 is reduced in a region where the load is lower than the engine load L1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. It is held at the limit closing timing.

吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁7の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図9に示される実施例ではこのとき、即ち吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁17によって燃焼室5内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁17の開度は小さくされる。   When the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L1 when the valve closing timing of the intake valve 7 reaches the limit valve closing timing, the intake valve 7 is supplied into the combustion chamber 5 by the throttle valve 17. The amount of intake air to be controlled is controlled, and the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the engine load becomes lower.

一方、図9において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁17によらずに吸入空気量を制御することができる。従って、図9において実線で示される場合と破線で示される場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施例では吸気弁7の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期L1まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができる。   On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 9, the intake air amount can be controlled without depending on the throttle valve 17 by advancing the closing timing of the intake valve 7 as the engine load becomes lower. Accordingly, when expressing the case shown in FIG. 9 so as to include both the case indicated by the solid line and the case indicated by the broken line, in the embodiment according to the present invention, the valve closing timing of the intake valve 7 becomes smaller as the engine load becomes lower. It is moved in a direction away from the intake bottom dead center BDC until the limit valve closing timing L1 at which the intake air amount supplied into the combustion chamber can be controlled. Thus, the intake air amount can be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 as shown by the solid line in FIG. 9 or by changing it as shown by the broken line.

前述したように図8(B)に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が26とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図7からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε=5に対しても20以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。従って本実施例では膨張比が20以上となるように可変圧縮比機構Aが形成されている。   As described above, the expansion ratio is 26 in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. The higher the expansion ratio, the better. However, as can be seen from FIG. 7, a considerably high theoretical thermal efficiency can be obtained if it is 20 or more with respect to the practically usable lower limit actual compression ratio ε = 5. Therefore, in this embodiment, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

可変圧縮比機構Aを備える本内燃機関EGは、図10に示すように、フロントエンジン・フロントドライブ車に搭載される。車両において、加速中は、リア荷重が徐々に増加すると共にフロント荷重Fが徐々に減少するために、フロントドライブ車においては、駆動輪のクリップが徐々に減少する傾向がある。   The internal combustion engine EG provided with the variable compression ratio mechanism A is mounted on a front engine / front drive vehicle as shown in FIG. In a vehicle, during acceleration, the rear load gradually increases and the front load F gradually decreases. Therefore, in the front drive vehicle, the driving wheel clip tends to gradually decrease.

車両加速時には、機関負荷が増加するために、図9に示すように、機械圧縮比を低下させるべく、可変圧縮比機構Aによりシリンダブロック2をクランクケース1から離間側へ移動させることとなる。図11は、車両加速時のシリンダブロック2のクランクケース離間側への移動量ΔDと、シリンダブロック2の移動に伴うフロント荷重の増減量ΔFとを示すタイムチャートである。   When the vehicle is accelerated, the engine load increases. As shown in FIG. 9, the variable compression ratio mechanism A moves the cylinder block 2 away from the crankcase 1 to reduce the mechanical compression ratio. FIG. 11 is a time chart showing the amount of movement ΔD of the cylinder block 2 toward the crankcase separation side during vehicle acceleration and the amount of increase / decrease ΔF in the front load accompanying the movement of the cylinder block 2.

図11の時刻t0において、車両加速が開始される。車両加速が開始されると機関負荷の上昇に伴って、図9に示すように、可変バルブタイミング機構Bにより吸気弁の閉弁時期の進角を開始すると共に、実圧縮比を一定に維持するように、可変圧縮比機構Aによって機械圧縮比の低下を開始する。機械圧縮比を低下させるためには、シリンダブロック2をクランクケース離間側へ移動させることとなり、図11に示すように、シリンダブロック2のクランクケース離間側への移動量ΔDは時間経過に伴って徐々に増加する。   Vehicle acceleration is started at time t0 in FIG. When the vehicle acceleration is started, as the engine load increases, as shown in FIG. 9, the advance timing of the intake valve closing timing is started by the variable valve timing mechanism B, and the actual compression ratio is kept constant. As described above, the variable compression ratio mechanism A starts to lower the mechanical compression ratio. In order to reduce the mechanical compression ratio, the cylinder block 2 is moved to the crankcase separation side, and as shown in FIG. 11, the movement amount ΔD of the cylinder block 2 to the crankcase separation side increases with time. Increase gradually.

車両加速初期(例えば、車両加速時のシリンダブロック2の目標移動量ΔDtの約10%の移動量ΔDt”が実現されるまで)において、シリンダブロック2のクランクケース離間側への移動開始時(時刻t0)には、フロントエンジン車の場合に、図11に実線で示すように、車両にマウントされたクランクケース1にフロント荷重Fを増加させる方向の比較的大きな反力ΔF1が作用して駆動輪のグリップ力を増大させる。   At the beginning of vehicle acceleration (for example, until a movement amount ΔDt ″ of about 10% of the target movement amount ΔDt of the cylinder block 2 at the time of vehicle acceleration is realized), the movement of the cylinder block 2 toward the crankcase separation side is started (time At t0), in the case of a front engine vehicle, as shown by a solid line in FIG. 11, a relatively large reaction force ΔF1 in the direction of increasing the front load F acts on the crankcase 1 mounted on the vehicle to drive wheels. Increases the grip power.

しかしながら、車両加速末期において、図11に点線で示すシリンダブロックのクランクケース離間側への移動停止時(時刻t2)には、前述した車両加速時のフロント荷重減少傾向に加えて、車両にマウントされたクランクケース1にフロント荷重Fを減少させる方向の比較的大きな反力ΔF2が作用することとなるために、フロント荷重抜けが発生して駆動輪のグリップ力を大幅に減少させてしまう。   However, at the end of vehicle acceleration, when the cylinder block indicated by the dotted line in FIG. 11 stops moving toward the crankcase separation side (time t2), the cylinder block is mounted on the vehicle in addition to the above-described tendency of reducing the front load during vehicle acceleration. Since a relatively large reaction force ΔF2 in the direction of reducing the front load F acts on the crankcase 1, the front load is lost and the grip force of the driving wheel is greatly reduced.

本実施例の内燃機関は、例えば、車両加速時のシリンダブロック2の目標移動量ΔDtの約90%の移動量ΔDt’が実現されて車両加速末期となると(時刻t1)、それ以前の車両加速中期よりシリンダブロック2の移動速度を低下させてからシリンダブロック2のクランクケース離間側への移動を停止するようになっている。シリンダブロック2の移動速度の低下は、例えば、車両加速末期(時刻t1)となると、このときのシリンダブロック2の移動速度を半減するような一段階又は多段階のような段階的なものでも良いが、好ましくは、図11に実線で示すように、車両加速末期(時刻t1)となると、それ以前の車両加速中期のシリンダブロック2の移動速度を徐々に低下させて最終的に移動速度をゼロとしてシリンダブロック2のクランクケース離間側への移動を停止させる。   In the internal combustion engine of the present embodiment, for example, when a movement amount ΔDt ′ of about 90% of the target movement amount ΔDt of the cylinder block 2 at the time of vehicle acceleration is realized and the vehicle acceleration ends (time t1), the vehicle acceleration before that The movement of the cylinder block 2 toward the crankcase separation side is stopped after the moving speed of the cylinder block 2 is reduced from the middle period. The decrease in the moving speed of the cylinder block 2 may be a one-step or multi-step step that halves the moving speed of the cylinder block 2 at the end of vehicle acceleration (time t1), for example. However, preferably, as shown by the solid line in FIG. 11, at the end of the vehicle acceleration (time t1), the moving speed of the cylinder block 2 in the middle of the previous acceleration of the vehicle is gradually decreased to finally reduce the moving speed to zero. As a result, the movement of the cylinder block 2 toward the crankcase separation side is stopped.

それにより、図11に点線で示すように車両加速末期にも車両加速中期のシリンダブロックの移動速度を維持してシリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止させる場合(又は車両加速末期には車両加速中期のシリンダブロックの移動速度を増加させてからシリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止させる場合)に比較して、シリンダブロック2の移動が停止される時刻はt2からt3へと遅くなるが、車両にマウントされたクランクケース1に作用するフロント荷重Fを減少させる方向の反力はΔF2からΔF3へ非常に小さくすることができ、フロント荷重抜けが発生して駆動輪のグリップ力が大幅に減少することを抑制することができる。   As a result, as shown by the dotted line in FIG. 11, when the movement speed of the cylinder block in the middle stage of vehicle acceleration is maintained and the movement of the cylinder block toward the crankcase separation side is stopped even in the last stage of vehicle acceleration (or in the last stage of vehicle acceleration). The time when the movement of the cylinder block 2 is stopped is from t2 to t3 as compared to the case where the movement of the cylinder block in the middle of vehicle acceleration is increased and then the movement of the cylinder block to the crankcase separation side is stopped. The reaction force in the direction of decreasing the front load F acting on the crankcase 1 mounted on the vehicle can be made very small from ΔF2 to ΔF3, but the front load is lost and the gripping force of the drive wheels is reduced. Can be suppressed from greatly decreasing.

本実施例において、シリンダブロック2の移動速度を低下させる車両加速末期は、車両加速時のシリンダブロックの目標移動量ΔDt(すなわち、今回の車両加速時の目標機械圧縮比を実現するための車両加速前のシリンダブロック2の位置からの移動量)の約90%の移動量ΔDt’(=ΔDt*0.9)が実現されたとき以降としたが、これは本発明を限定するものではなく、車両加速時のシリンダブロックの目標移動量ΔDtの設定割合の移動量が実現されたとき以降を車両加速末期とすることができる。   In the present embodiment, at the end of vehicle acceleration at which the moving speed of the cylinder block 2 is reduced, the target movement amount ΔDt of the cylinder block at the time of vehicle acceleration (that is, vehicle acceleration for realizing the target mechanical compression ratio at the time of the current vehicle acceleration) This is after the time when the movement amount ΔDt ′ (= ΔDt * 0.9) of about 90% of the movement amount from the position of the previous cylinder block 2 is realized, but this does not limit the present invention. After the movement amount of the set ratio of the target movement amount ΔDt of the cylinder block at the time of vehicle acceleration is realized, the vehicle acceleration end stage can be set.

また、図11に示すタイムチャートでは、車両加速中期のシリンダブロック2の移動速度はほぼ一定速度としたが、もちろん、車両加速中期のシリンダブロック2の移動速度は加速させるようにしても良い。また、車両加速初期のシリンダブロック2の移動速度は、停止しているシリンダブロック2の移動を開始させるために、車両加速中期のシリンダブロック2の移動速度よりは低くなっている。   In the time chart shown in FIG. 11, the moving speed of the cylinder block 2 in the middle stage of vehicle acceleration is set to a substantially constant speed. However, the moving speed of the cylinder block 2 in the middle stage of vehicle acceleration may be accelerated. Further, the moving speed of the cylinder block 2 in the initial stage of vehicle acceleration is lower than the moving speed of the cylinder block 2 in the middle stage of vehicle acceleration in order to start the movement of the stopped cylinder block 2.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
A 可変圧縮比機構
1 Crankcase 2 Cylinder block A Variable compression ratio mechanism

Claims (1)

シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、フロントエンジン・フロントドライブ車に搭載され、車両加速時には可変圧縮比機構よりシリンダブロックをクランクケース離間側へ移動させて機械圧縮比を低くする内燃機関において、車両加速末期には、車両加速中期より前記シリンダブロックの移動速度を低下させてから前記シリンダブロックのクランクケース離間側への移動を停止することを特徴とする可変圧縮比機構を備える内燃機関。   An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that moves the cylinder block relative to the crankcase. The internal combustion engine is mounted on the front engine / front drive vehicle, and the cylinder block is moved from the variable compression ratio mechanism to the crankcase separation side during vehicle acceleration. In the internal combustion engine that lowers the mechanical compression ratio, at the end of vehicle acceleration, the movement of the cylinder block to the crankcase separation side is stopped after the moving speed of the cylinder block is decreased from the middle of vehicle acceleration. An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007056837A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Toyota Motor Corp Variable compression ratio internal combustion engine
JP2007239592A (en) * 2006-03-08 2007-09-20 Toyota Motor Corp Variable compression ratio internal combustion engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007056837A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Toyota Motor Corp Variable compression ratio internal combustion engine
JP2007239592A (en) * 2006-03-08 2007-09-20 Toyota Motor Corp Variable compression ratio internal combustion engine

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